EFEK PENGINTEGRASIAN PEMBANGKIT LISTRIK TERSEBAR PADA JARINGAN DISTRIBUSI RADIAL TERHADAP PEROSOTAN TEGANGAN
Eka Fitrianto * , Refdinal Nazir Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Andalas
* Corresponding author, e-mail : fitrianto_eka@yahoo.com
Abstrak — Pada sistem distribusi radial 20 kV yang dipasok oleh Gardu Induk (GI) dalam jarak yang cukup jauh  dari  pusat  beban  akan  menyebabkan  terjadinya  perosotan  tegangan  yang  cukup  signifikan. Pengintegrasian pembangkit tersebar ( Distributed Generation , DG) pada jaringan distribusi tersebut akan menjadi salah satu solusi untuk memperbaiki perosotan tegangan tersebut. Tulisan ini mengemukakan suatu cara menganalisis efek pengintegrasian beberapa pembangkit listrik tersebar (DG) pada jaringan distribusi radial  terhadap perosotan tegangan. Analisis  menggunakan  metoda  arus injeksi dari beban dan DG pada setiap bus. Hasil analisis menunjukkan bahwa penetrasi 5 unit DG pada jaringan distribusi akan mengurangi perosotan tegangan  jaringan  distribusi secara signifikan, terutama pada bus yang berdekatan dengan DG.
Kata  Kunci  :  pembangkit    listrik    tersebar(DG),  jaringan  distribusi  radial,    perosotan  tegangan,  arus injeksi.
Abstract — At 20 kV radial distribution systems supplied by the substation in a considerable distance from the load centre, will cause occurred its voltage drop significantly. The integration of distributed generation on the distribution networks will be one of the solutions to reduce the drop voltage. This paper proposes a way to analyze the effect of integration multiple distributed generation (DG) in radial distribution networks to the voltage drop.  This analysis uses the injection current  method of the load and the DG on each bus. The analysis results showed that the penetration of 5 units of DG on the distribution network will reduce its voltage drops significantly, especially on the adjacent bus with DG.
Keywords : distributed generation (DG), radial distribution network, voltage drop, current injection
Copyright © 2016 JNTE. All rights reserved

## 1. PENDAHULUAN
Pembangkit  listrik  dengan  kapasitas  besar umumnya  terletak  jauh  dari  pusat  beban, sehingga  diperlukan  saluran  transmisi  dan distribusi  yang  cukup  panjang  untuk  mensuplai beban.  Hal  ini  menimbulkan  penurunan tegangan  dan  rugi-rugi  daya  yang  cukup  besar. Di  sisi  lain  keterbatasan  sumber  daya  bahan bakar  fosil  yang  banyak  bermasalah  dengan lingkungan  dan  tingginya  biaya  transmisi  dan distribusi pada pembangkit besar ikut mendorong  pengembangan  pembangkit  listrik skala  kecil  yang  dekat  dengan  beban  dan terintegrasi  ke  sistem  grid  melalui  jaringan distribusi  yang  dikenal  dengan  pembangkit listrik  tersebar  atau Distributed  Generation (DG) [1][2]. Pada umumnya DG memanfaatkan teknologi dari sumber-sumber energi terbarukan seperti;  energi  surya,  energi  angin,  tenaga  air
skala  kecil  dan  dapat  juga  menggunakan teknologi  ICE  (Internal  Combustion  Engine), dan  microturbine [3].
Beberapa  manfaat  teknis  dari  pengintegra- sian  DG  pada  sistem  distribusi  diantaranya adalah: perbaikan tegangan, pengurangan kehilangan  daya,  peningkatan  kehandalan  dan pengurangan dampak lingkungan[4][5]. Namun demikian,  pengintegrasian  DG  pada  sistem distribusi  dapat  juga  menimbulkan  dampak negatif diantaranya adalah: menurunnya stabilitas sistem; terganggunya koordinasi antara sekering  dan  reclosers  dalam  sistem  distribusi dengan penetrasi DG dalam kapasitas yang besar [6] [7].
Efek  teknis  rencana  pengintegrasian  satu Pembangkit  Listrik  Minihidro  (PLTM)  tersebar pada jaringan distribusi telah dianalisis menggunakan software ETAP pada referensi[8]. Referensi [9] mengusulkan suatu teknik analisis untuk mengoptimal ukuran DG dan
penempatannya  pada  jaringan  distribusi  untuk peningkatan profile tegangan.
Tulisan  ini  mengemukakan  suatu  teknik sederhana  dan  cepat  untuk  menganalisis  efek pengintegrasian  beberapa  pembangkit  listrik tersebar  pada  jaringan  distribusi  20  kV  radial. Kajian  difokuskan  pada  efek  pengintegrasian DG  terhadap  perosotan  tegangan.  Analisa dilakukan dengan metoda sederhana menggunakan arus injeksi.

## 2. ANALISIS PEROSOTAN TEGANGAN JARINGAN DISTRIBUSI TANPA DG
Suatu sistem distribusi radial yang sederhana memiliki satu bus sebagai bus sumber dan n bus lain sebagai bus beban, seperti ditunjukkan oleh Gambar 1.  Bus sumber merupakan bagian dari bus  dari  gardu  induk,  sedangkan  bus  beban merupakan bentuk ekivalen dari suatu kelompok beban.
Bus 1 Bus 2 Bus n Bus n-1 P 2+ jQ 2 P i+ jQ i P n-1+ jQ n-1 P n+ jQ n Bus i I B2 I Bi I bn-1 I Bn I B1 Bus 0 P 1+ jQ 1 Z0 1 Z02 Zn-1,n I 1 I 2 I i I n-1 I n
GI

## Gambar 1. Konfigurasi jaringan distribusi tanpa  DG
Secara umum, untuk bus ke-i, beban komplek S i dinyatakan sebagai berikut:
S i = P i + j Q i untuk   i = 1,2,3........n         (1)
dimana;
S i = Daya komplek beban pada bus ke-i (kVA) P i = Daya aktif beban pada bus ke-i (kW) Q i = Daya reaktif  beban pada bus ke-i (kVAr)
Arus beban, jika dipandang dari sisi jaringan dinyatakan  sebagai  arus  injeksi  [9],  yang besarrya diselesaikan melalui persamaan berikut:
𝐼 𝑖 (𝑘) =   ( 𝑃 𝑖 + 𝑗𝑄 𝑖 𝑉 𝑖 (𝑘) ) ∗ (2)
dimana:
V i (k) = Tegangan bus ke-i pada iterasi ke-k.
I i (k) = Arus bus ke-i pada iterasi ke-k.
Untuk  menentukan  hubungan  antara  arus injeksi  dengan  arus  cabang  perhatikan  lagi gambar  1.  Daya  injeksi  untuk  setiap  bus  dapat dikonversikan  ke  bentuk  arus  injeksi  ekivalen oleh  persamaan  (2).  Hubungan  antara  arus injeksi  bus  dengan  arus cabang  dapat diselesaikan  dengan  bantuan  hukum Kirchoff untuk arus ( Kirchoff Current Law ) pada jaringan distribusi[10],  yang  dinyatakan  oleh  persamaan berikut:
I B1 = I 1 + I 2 + .. + I i + .. + I n-1 + I n I B2 = I 2 + .. + I i + .. + I n-1 + I n . . I Bi = I i + .. + I n-1 + I n . . I Bn-1 = I n-1 + I n I Bn = I n (3)
Persamaan  (3)  dapat  dinyatakan  dalam bentuk matriks,  sebagai:
[ I B1 I B2 .. I Bi .. I Bn−1 I Bn ] = [ 1 1 . 0 1 . 0 0 . 0 0 . 0 0 .
1 1 1 . . . 1 1 1 0 . 1 0 . 0 1 1 1 1 1 ] [ I 1 I 2 . I i . I n−1 I n ] (4)
Atau  persamaan  tersebut  dapat  disusun  sebagai berikut:
[ I B ] = [ B ] [ I ] (5)
Matrik  konstanta  [B]  merupakan  matriks  yang hanya  berisikan  elemen    segitiga  bawahnya  0 dan  elemen segitiga atasnya 1.
Untuk sistem distribusi radial seperti gambar 1,  beda  tegangan  pada  setiap  bus  dengan  bus referensi (0) dapat dinyatakan dengan fungsi dari arus  injeksi  dan  impedansi  saluran,    seperti ditunjukkan oleh persamaan berikut ini:
V 0 – V 1 = I B1 Z 01 V 0 – V 2 = I B1 Z 01 + I B2 Z 12 . . V 0 – V i = I B1 Z 01 + I B2 Z 12 + .....+ I Bi Z i -1,i . . V 0 – V n-1 = I B1 Z 01 + I B2 Z 12 + .....+ I Bn-1 Z n-2, n-1
V 0 – V n = I B1 Z 01 + I B2 Z 12 + .......+ I Bn Z n-1, n (6)
Persamaan  (6)  tersebut  di  atas  dapat  dituliskan dalam bentuk matrik seperti persamaan di bawah ini:
[ 𝑉 0 𝑉 0 . 𝑉 0 . 𝑉 0 𝑉 0 ] − [ 𝑉 1 𝑉 2 . 𝑉 𝑖 . 𝑉 𝑛−1 𝑉 𝑛 ] = [ 𝑍 01 𝑍 01
𝑍 01 0 𝑍 12 𝑍 12 . 0 . 𝑍 01 𝑍 12 . 𝑍 01 𝑍 12 . 0 . 𝑍 2𝑖 . 0 . 0 . 0 𝑍 2𝑖 . 𝑍 𝑛−1 𝑍 2𝑖 . 𝑍 𝑛−1 0 0 . 0 𝑍 𝑛 ] [ 𝐼 𝐵1 𝐼 𝐵2 . 𝐼 𝐵𝑖 . 𝐼 𝐵𝑛−1 𝐼 𝐵𝑛 ] (7)
Atau persamaan di atas dapat ditulis menjadi:
[∆𝑽] = [𝒁]. [𝑰 𝐵 ] (8)
Sehingga tegangan per bus dapat ditentukan dari persamaan berikut:
[𝑽] = [𝑽 0 ] − [∆𝑽] (9)

## 3. ANALISIS PEROSOTAN TEGANGAN JARINGAN DISTRIBUSI DENGAN INTEGRASI DG
Jika  jaringan  distribusi  pada  Gambar  1 diintegrasikan  dengan  sebuah  pembangkit tersebar    pada  bus  ke-i,  maka  konfigurasi jaringan  distribusi  dapat  dimodifikasi  menjadi seperti Gambar 2.
GI Bus 1 Bus 2 Bus n Bus n-1 P1+jQ1 P2+jQ2 Pi+jQi Pn-1+jQn-1 Pn+jQn Bus i I2 Ii In-1 In I1 Bus 0 Z01 Z12 Z2i Zi (n-1) Z (n-1)n DG PiDG+jQiDG GI
Gambar 2. Konfigurasi Sistem Distribusi dengan Integrasi DG
Persamaan  arus  injeksi  pada  bus  ke-i  dapat ditulis menjadi:
𝐼 𝑖 (𝑘) =   ( (𝑃 𝑖 −𝑃 𝑖 𝐷𝐺 )+ 𝑗 (𝑄 𝑖− 𝑄 𝑖 𝐷𝐺 ) 𝑉 𝑖 (𝑘) ) ∗ (10)
dimana:
P i DG = daya aktif yang diproduksi DG bus ke-i Q i DG = daya reaktif DG bus ke-i
Selanjutnya persamaan (10) dapat
disubsitusikan    ke  persamaan  (4)  dalam  rangka menentukan perosotan tegangan melalui persamaan  (8)  dan  tegangan  per  bus  melalui persamaan (9).

## 4. SIMULASI KOMPUTER
Untuk  kajian  ini,  kasus  menggunakan konfigurasi  seperti  ditujukkan  oleh  Gambar  3. Jaringan distribusi terdiri 1 bus sumber dan 6 bus beban.  Saluran  utama  distribusi  mengguna-kan jenis AAAC dengan luas penampang 150 mm 2 , dengan  impedansi  per  km  ( z) sebesar (0,2162+j0,3305)  Ω  per-km.  Data  panjang saluran  dan  daya  beban  pada  setiap  bus ditunjukkan oleh Tabel 1. Total panjang saluran mencapai 112 km, dengan beban tersebar pada 6 bus  (titik)  pembebanan.  Dalam  analisis  ini, seluruh  beban  diasumsikan  seimbang  dan memiliki faktor daya 0,8.
GI
Bus 1 Bus 2 Bus 3 Bus 4 Bus 5 Bus 6 P1+jQ1 P2+jQ2 P3+jQ3 P4+jQ4 P5+jQ5 P6+jQ6 L2 L3 L4 L5 L6 Bus 0 L1 Z01 Z12 Z23 Z34 Z45 Z56 GI Gambar 3. Konfigurasi jaringan distribusi untuk kasus kajian
Tabel 1. Data saluran dan daya beban
i L i (km) S i (kVA) 1 30 602,48+ j373,40 2 22 1.363,40+j845,00 3 15 2.979,08+j1.846,35 4 10 3.665,20+j2.271,59 5 15 1.598,68+j990,82 6 20 1.780,24+j1.103,33
Dilokasi  kajian  terdapat  5  potensi  energi terbarukan  yang  akan  dikembangkan  sebagai pembangkit tersebar (DG),  yang nantinya dapat diintegrasikan  ke  jaringan  distribusi  pada  4 lokasi  bus  (titik  beban),  yaitu:  pada  bus  ke-3 sebanyak 2 unit dan bus ke-2, 4, dan 5 masing- masing 1 unit. Data kapasitas DG untuk masing- masing unit  dimuat dalam Tabel 2. Konfigurasi jaringan distribusi dengan pengintegrasaian DG ditujukkan Gambar 4.
Gambar 4. Konfigurasi jaringan distribusi dengan penetrasi DG untuk kasus kajian ini
Tabel 2. Data DG DG P DG (kW) Bus-Penetrasi DG 1 3,0 2 DG 2 4,5 3 DG 3 1,4 3 DG 4 1,0 4 DG 5 1,2 5
Kajian yang dilakukan ini menganalisis efek dari  rencana  penginterasian  semua  DG  pada tabel 2 ke jaringan distribusi. Analisis dilakukan menggunakan program komputer, yang diagram alirnya seperti ditunjukkan Gambar 5.  Diagram dapat  dibagi  3  langkah.  Langkah  pertama dilakukan  pembacaan  data  jaringan  dan  DG. Langkah  kedua  menentukan  kondisi  awal tegangan  bus,  arus  injeksi  dan  arus  cabang. Langkah  berikutnya  menghitung  tegangan  bus secara iterasi menggunakan persamaan (8) & (9). Proses  iterasi  akan  berakhir  jika  dicapai  nilai

## 

## 5. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 5.1.  Tegangan Bus dan Arus Cabang Sebelum Pengintegrasian DG
Hasil  analisis  dari  tegangan  bus  dan  arus cabang  dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Tegangan bus dan arus cabang tanpa pengintegrasian DG. ----------------------------------- Vll(Bus-i)     IB(i) i --------------- --------------- Volt  derjat  Amper  derjat ----------------------------------- 0  20.000   0.000    -       - 1  17.671  -8.281 299.992 -53.278
2  16.331 -15.437 286.991 -53.888
3  15.683 -20.343 254.501 -54.743
4  15.431 -22.808 180.114 -55.823 5  15.278 -24.648  87.013 -57.135 6  15.183 -25.967  45.982 -57.757
-----------------------------------
Data dari Tabel 3 terlihat terjadi penurunan tegangan  pada  masing-masing  bus,  bus  yang tegangannya  paling  rendah  adalah  bus  yang paling jauh posisi dari bus sumber (bus 6) yaitu 15,183  kV  atau  terjadi  penurunan  sebesar 24,085  %.  Pada  bus  1  telah  terjadi  penurunan tegangan yang cukup besar yaitu 17,671 kV atau terjadi  penurunan  sebesar  11,645  %,  sementara itu  standar  maksimum  penurunan  tegangan jaringan distribusi  yang dibolehkan 10 % (18 kV)
Baca: Panjang Saluran: L ij , Daya Beban : P i +Q i Daya DG : P i DG +Q i DG Kondisi Awal Set : V(i) = 20+j0, i=0:6 k=k+1 i, V i & I Bi tidak ya MULAI Hitung Impendasi Saluran : Z ij =L ij *z Hitung Arus Injeksi I i Gunakan Pers. (10) SET JUMLAH ITERASI:k k=1 Hitung Arus Masuk Ke Bus-i Gunakan Pers. (5) Hitung Drop Tegangan: D V i Gunakan Pers. (8) Hitung Tegangan bus Iterasi ke-k: V i k Gunakan Pers. (9) max             k+1 k i i V - V k i V

## SELESAI

## Gambar 5. Diagram alir perhitungan efek DG

## 5.2. Tegangan Bus dan Arus Cabang Setelah Penambahan DG
Hasil  analisis  dari  tegangan  bus  dan  arus cabang    setelah  pengintegrasian  DG  pada jaringan  distribusi  diperlihatkan  oleh  Tabel  3.
GI G G G G DG 2 DG 3 DG 4 DG 5 P1+jQ1 P2+jQ2 P3+jQ3 P4+jQ4 P5+jQ5 P6+jQ6 IB 2 Z01 Z12 Z23 Z34 Z45 Z56 GI G DG 1 IB 1 IB 3 IB 4 IB 5 IB 6
Data dari tabel ini menunujukkan bahwa terjadi kenaikan tegangan bus 6 menjadi 18,731 kV atau tereduksinya perosotan tegangan menjadi 6,345 %.
Tabel 4. Tegangan bus  dan arus cabang setelah pengintegrasian DG ----------------------------------- V ll (Bus-i) I B(i) i --------------- --------------- Volt  derjat  Amper  derjat ----------------------------------- 0  20.000   0.000    -       - 1  19.866  -0.304  14.363 -18.415 2  19.862  -0.403   3.974  26.634 3  19.617  -0.645  43.686 -38.536 4  19.244  -1.104 101.931 -35.040 5  18.999  -1.439  45.509 -33.553 6  18.731  -1.815  37.272 -33.604 -----------------------------------
5.3.  Pembahasan
a. profil tegangan

## b. perosotan tegangan bus
Gambar 6. Grafik tegangan bus sebelum dan sesudah pengintegrasian DG
Gambar 6 menunjukan grafik perbandingan tegangan  bus  antara  sebelum  dan  sesudah pengintegrasian  DG  pada  jaringan  distribusi, yang  diperoleh  dari  hasil  plot  Tabel  3  &  4. Profile  tegangan  bus  sebelum  pengintegrasaian DG  pada  jaringan  distribusi  semua    berada dibawah nilai tegangan yang diizinkan (18 kV), seperti ditunjukkan Gambar 6a. Dari gambar ini juga diperlihatkan bahwa tegangan bus terangkat secara  signifikan  setelah  pengintegrasian    DG. Seperti diperlihatkan gambar, setelah pengintegrasian  DG  semua  tegangan  pada  bus terangkat  menelebihi  nilai  mininum  tegangan bus  yang  diizinkan.  Kondisi  ini  bisa  terjadi karena  tereduksinya  arus  cabang  pada  jaringan distribusi  setelah  pengintegrasian  DG  (lihat Tabel  3  & 4).  Sejalan  dengan  profile  tegangan, perosotan  tegangan  bus  ( DV bus)  tereduksi secara  signifikan  dengan  pengintegrasian  DG pada jaringan distribusi, seperti ditunjukkan oleh Gambar 6b.

## 6. KESIMPULAN DAN SARAN
Kajian  ini  telah  berhasil  menganalisis  efek pengintergarasian  beberapa  DG  pada  jaringan distribusi. Untuk kasus yang diberikan,
pengintegrasian  5  unit  DG  dapat  memperkecil nilai  maksimum  perosotan  tegangan  jaringan distribusi dari 24,085% menjadi 6,345%.
Metoda ini dapat digunakan untuk menganalisis  efek  pengintegrasian  DG  secara global dan cepat, namun relatif kurang detail dan akurat.  Untuk  mendapatkan  hasil  analisis  yang lebih baik disaran merinci titik-titik beban untuk setiap bus sampai ke pembebanan trafo distribusi.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Ackermann  Thomas,  Andersson  Goran,
Soder Lennart, “Distributed generation: a definition”,  Electric  Power  Systems Research 57 (2001), pp. 195–204. [2] Rujula  Bayod  A.A,  Armada  Mur  J,
Agustin  Bernal  J.L,  Loyo  Justa  J.M,
Navarro   Dominguez,  “Definitions  for Distributed  Generation:  a  revision”
Centro Politécnico  Superior,  University of  Zaragoza  C/  María  de  Luna,  April 2004.
[3] Thornton  Alexander,  Monroy  Rodriguez
Carlos”  Distributed  power  generation  in the   United  States” Department  of
Business  Administration,  School  of lndustrial Engineering,   Universidad Politécnica de Madrid, Januari 2005.
[4] Chiradeja  Pathomthat,”  An  Approach  to Quantify  the  Technical  Benefits  of Distributed Generation” IEEE Transactions On Energy Conversion, Vol. 19, NO. 4, Desember 2004. [5] Hung  Quoc  Duong,  Mithulananthan Nadarajah,” Multiple Distributed Generator   Placement in Primary Distribution Networks for Loss
Reduction”  IEEE  Transactions  on Industrial  Electronics,  Vol.  60,  No.4, April 2013.
[6] Naik S Gopiya, Khatod D.K, and Sharma
M.P.” Distribusi  Generation  Impact  on
Distribution  Networks:  A  Review”
International  Journal  of  Electrical  and Electronics  Engineering  ( IJEEE )  ISSN ( PRINT ): 2231 – 5284, Vol-2, Iss-1, 2012.
[7] Fereidauni  Reza  Ali,Nafisi  Hamed, Garmrudi, Dezaki Hashemi Hamed” The Effect  of  Distributed  Generation  in Distribution Network on Coordination of
Protective Devices” International Review on Modelling and Simulations
(I.RE.MO.S.), Vol. 4, No. 4, August 2011.
[8] Nazir  Refdinal,  Topan  Ahmad  “Analisis Manfaat  Teknis  Pengintegrasian  PLTM
Tersebar  pada  Sistem  Distribusi  (Studi kasus  pada  perencanaan  Pembangunan PLTM Muaro Sako di Wilayah Kerja PLN Ranting  Balai  Selasa,  Kabupaten  Pesisir Selatan  Sumatera  Barat)”,  Proceeding APTECS, Surabaya, 2009.
[9]    Mohamed  Shaaban  dan  J.  O.  Petinrin, “Sizing  and  siting  of  distributed generation  in  distribution  systems  for voltage improvement and loss reduction”,
International  Journal  of  Smart  Grid  and Clean Energy, vol. 2, no. 3, October 2013, pp. 350-356.
[10]  Thakur, T. dan Dhiman Jaswanti, “A new Approach  to  Load  Flow  Solutions.  For
Radial  Distribution  System”.  IEEE  PES
Transmission and Distribution Conferense and Exposition Latin
America. Venezuela, 2006.

## Biodata Penulis
Eka  Fitrianto ,  lahir  di  Padang  tanggal  29 Agustus 1978, mahasiswa Pasca Sarjana Jurusan Teknik  Elektro  Fakultas  Teknik  Universitas Andalas  Padang,  Saat  ini  berperanan  sebagai Fungsional  Pranata  Laboratorium  Pendidikan (PLP)  Ahli  Muda  di  Laboratorium  Konversi Energi Elektrik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas.